泥沙的起動(dòng)與沉降.ppt

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1、泥沙的起動(dòng)河床上靜止的泥沙顆粒，隨著水流條件的增強(qiáng)，到一定時(shí)間時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為泥沙的起動(dòng)。維持泥沙顆粒靜止?fàn)顟B(tài)的平衡條件遭到破壞，床面泥沙由靜止轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)的臨界水流條件，就是所謂的泥沙的起動(dòng)條件。泥沙的起動(dòng)條件可以用流速、拖曳力或功率來(lái)表示。泥沙起動(dòng)的判別標(biāo)準(zhǔn)泥沙起動(dòng)是相當(dāng)復(fù)雜的，泥沙起動(dòng)具有雙重的隨機(jī)性天然河流中床面的泥沙顆粒形狀、大小、位置及排列組合等均為隨機(jī)；水流脈動(dòng)本身的隨機(jī)性，導(dǎo)致作用在床面上某一指定位置上顆粒的力也是隨機(jī)的。這就給確定泥沙的臨界水流條件帶來(lái)了困難，究竟怎樣判別泥沙是否起動(dòng)，目前還沒(méi)有一致的看法?？死啄?1935)根據(jù)試驗(yàn)觀察的現(xiàn)象

2、，把推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)分為四個(gè)階段:1).無(wú)泥沙運(yùn)動(dòng)2).輕微的泥沙運(yùn)動(dòng)3).中等強(qiáng)度泥沙運(yùn)動(dòng)4).普遍的泥沙運(yùn)動(dòng)竇國(guó)仁的理論分析瞬時(shí)底流速表示的起動(dòng)條件：個(gè)別泥沙起動(dòng)概率為0.135%,少量起動(dòng)條件概率2.28%,大量起動(dòng)條件概率15.9%。瞬時(shí)底流速為時(shí)均底流速與脈動(dòng)底流速之和，實(shí)際可能出現(xiàn)的最大脈動(dòng)流速為脈動(dòng)強(qiáng)度的3倍。無(wú)粘性均勻沙的起動(dòng)1起動(dòng)拖曳力一個(gè)圓形球體的水下重量為W’，床面上泥沙顆粒所受的上舉力為FL，相應(yīng)的顆粒所受的拖曳力FD為：取對(duì)數(shù)流速公式：臨界起動(dòng)(滑移)：阻力系數(shù)CD、CL與沙粒形狀和沙粒雷諾數(shù)有關(guān)，最后得出起動(dòng)拖曳力公式:(4-32)上式的關(guān)系

3、見(jiàn)圖4-10，即著名的希爾茲關(guān)系曲線。圖4-10希爾茲起動(dòng)拖曳力曲線希爾茲起動(dòng)拖曳力曲線具有以下特點(diǎn):Re*=10，最易于起動(dòng)；Re*<10，不易于起動(dòng)，起動(dòng)拖曳力隨粒徑的減小而加大；Re*>10，起動(dòng)拖曳力隨粒徑的增大而加大；Re*>1000，接近一常數(shù)0.06。2起動(dòng)流速由于流速場(chǎng)和剪力場(chǎng)之間存在著一定的關(guān)系，所以可以從起動(dòng)拖曳力的表達(dá)式推導(dǎo)出泥沙的起動(dòng)流速公式。如采用對(duì)數(shù)流速公式,可得用UC代表在臨界起動(dòng)時(shí)的垂線平均流速：(對(duì)數(shù)型起動(dòng)流速公式)即為Shields數(shù)如流速分布不采用對(duì)數(shù)形式而采用指數(shù)流速分布公式,從而可以得出指數(shù)型的起動(dòng)流速公式,這類公式與水深有

4、關(guān),如應(yīng)用較多的沙莫夫公式:粘性泥沙的起動(dòng)竇國(guó)仁公式當(dāng)泥沙處于少量起動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，m=0.320當(dāng)泥沙處于個(gè)別起動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，m=0.256當(dāng)泥沙處于大量起動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，m=0.408張瑞瑾公式（武水公式）：其中h和D單位取m，算得沉速單位為m/s。一、泥沙沉降的不同形式第四章　泥沙的水力特性1、沉降過(guò)程：①重力>阻力，加速下沉。②阻力逐漸增大，而重力恒定，加速度減小。③重力＝阻力，加速度＝0，泥沙勻速下沉，沉速趨于穩(wěn)定2、沉速概念：?jiǎn)晤w粒泥沙在靜止的無(wú)限大的清水水體中勻速下沉的速度(cm/s)。一、泥沙沉降的不同形式3、沉降狀態(tài)：①沙粒雷諾數(shù)Red=(沙粒慣

5、性力與水流粘滯力的對(duì)比)。②沉降狀態(tài)：a、層流狀態(tài)下降；b、紊流狀態(tài)下降；c、過(guò)渡狀態(tài)下降：二、球體的沉速二、球體的沉速CD與Red關(guān)系曲線二、球體的沉速三、泥沙的沉速天然泥沙為非球體，下沉阻力對(duì)于球體，阻力系數(shù)多通過(guò)試驗(yàn)確定。三、泥沙的沉速三、泥沙的沉速三、其他因素對(duì)沉速的影響前述理想沉速：?jiǎn)晤w粒、靜水、均勻、無(wú)限體、清水、球體等，自然界不存在。實(shí)際情況：群體、動(dòng)水、非勻速、有界、渾水、非球體、含雜質(zhì)、紊動(dòng)、溫度等。1、形狀對(duì)沉速的影響①方向的影響：方位不同，下沉受阻面積及阻力不一樣a、低Red<0.1：均能保持穩(wěn)定的方位下沉。b、高Red：顆粒擺動(dòng)打轉(zhuǎn)，無(wú)固定方

6、位。c、中Red：顆粒自動(dòng)調(diào)整方位，最后調(diào)整到受阻最大的穩(wěn)定方位上。三、泥沙的沉速2、絮凝對(duì)沉速的影響①絮凝的形成：當(dāng)D<0.01mm時(shí)，顆粒間的吸附作用很強(qiáng)，同時(shí)它帶有負(fù)電，靜電引力吸附正離子雜質(zhì)，而正離子常有富裕，又吸附其它的泥沙，從而形成一團(tuán)，即為絮凝。②D越小，絮凝作用越強(qiáng)，沉速就越大。3、含鹽度對(duì)沉速的影響含鹽度越大，沉速越大，但僅在一定范圍內(nèi)，超此范圍影響不大。